绝缘子泄漏电流特征量及其运行状态评估方法与模型研究

摘要

输电线路绝缘子积污与覆冰严重危害电网安全运行，迫切需要在污闪及冰闪发生之前预知绝缘子运行状态及其安全裕度。虽然国内外对绝缘子污闪、冰闪以及绝缘子运行状态评估进行了大量的研究，但目前尚未提出统一的能够确切评估污秽和覆冰绝缘子运行状态的特征量，各种特征量的效果以及彼此间的差别有待进一步研究。研究表明：泄漏电流变化规律及其特征可表征绝缘子污闪、冰闪的本质，而且是可进行连续监测的特征参量。本文针对不同材质绝缘子的特点，系统地研究其泄漏电流特性，提取能够反映绝缘子运行状态的敏感特征量，建立泄漏电流特征量与绝缘子运行状态的关系，并以此为基础研究了评估绝缘子运行状态的方法和模型，其结果有助于指导生产实际运行，对预防绝缘子闪络和保障电网的安全运行具有重要的现实意义和工程应用价值。
　　对于亲水性材质的玻璃绝缘子，污秽度是影响其表面泄漏电流及绝缘性能的的主要因素；对于憎水性材质的复合绝缘子，污秽度及憎水性水平是影响其表面泄漏电流及绝缘性能的的主要因素；对于覆冰绝缘子，覆冰量与覆冰水电导率是影响其表面泄漏电流及绝缘性能的的主要因素。本文针对不同材质绝缘子的特点，在人工试验室分别模拟了运行电压下各种影响因素对绝缘子泄漏电流的影响，提出了相应的绝缘子运行状态的敏感特征量，建立了绝缘子运行状态评估方法与模型。此外，本文还研究了泄漏电流去噪方法。论文取得的主要成果如下：
　　输电线路中的绝缘子处于强磁场、强电场以及恶劣的自然环境中，测量其表面流过的泄漏电流时有着严重的干扰噪声。因此，本文采用总体经验模态分解(EEMD)和小波阀值去噪相结合的方法对泄漏电流进行去噪处理。对泄漏电流信号首先进行EEMD分解，然后高频IMF分量按照小波阀值去噪方法进行去噪，再进行重构，并且以泄漏电流的特征量（有效值、三次谐波与基次谐波之比、波形）对去噪效果进行分析，综合比较得到采用EEMD与启发式阈值小波去噪相结合的方法进行去噪效果最佳。
　　针对亲水性材质的玻璃绝缘子，在人工污秽试验室模拟运行电压下污秽度与相对湿度对泄漏电流的影响，从不同角度提取了能够反映绝缘子表面污秽度及相对湿度的泄漏电流特征量：泄漏电流脉冲幅值熵(S)、脉冲幅值(Ih)、能量比(K)及能量(E)，并且得到了它们之间的变化规律。基于泄漏电流特征量与污秽度及相对湿度的关系，提出了闪络电压评估LS-SVM模型和GRNN模型，它们的评估结果与试验结果的相对误差分别小于4.40％和7.33%；提出了污秽度评估LS-SVM模型和GRNN模型，其评估结果与试验结果的相对误差分别小于8.75%和8.89%，绝对误差分别小于0.019 mg/cm2和0.025mg/cm2。由此可知，本文提出的玻璃绝缘子闪络电压与污秽度评估模型的评估结果与试验结果基本一致，能够有效地对玻璃绝缘子的闪络电压和污秽度进行评估。
　　针对憎水性材质的复合绝缘子，在人工污秽试验室模拟污秽度与憎水性水平对复合绝缘子闪络电压及泄漏电流的影响，得到了闪络电压与污秽度及憎水性水平之间的关系；从不同角度提取了能够反映绝缘子表面污秽度及憎水性水平的四个泄漏电流特征量：泄漏电流脉冲幅值熵(S)、脉冲幅值(Ih)、能量比(K)及能量(E)，并且得到了它们之间的变化规律。基于泄漏电流特征量与污秽度及憎水性水平的关系，提出了复合绝缘子闪络电压评估LS-SVM模型与GRNN模型，其评估结果与试验结果的相对误差分别小于7.0%和7.3%。由此可知，本文提出的复合绝缘子闪络电压评估模型的评估结果与试验结果基本一致，能够有效地对复合绝缘子闪络电压进行评估。
　　对于覆冰绝缘子，本文在人工气候室试验，模拟运行电压下覆冰量和覆冰水电导率对覆冰绝缘子泄漏电流的影响并提取了三个泄漏电流特征量：泄漏电流幅值(Ih)、谐波含量(THD)、电荷量(Q)，得到了泄漏电流特征量与覆冰量、覆冰水电导率之间的关系。基于它们之间的关系，提出了覆冰绝缘子污冰参量评估LS-SVM模型与GRNN模型，其评估结果与试验结果的相对误差分别小于6.43%和6.86%，由此可知，本文提出的覆冰绝缘子污冰参量评估模型能够有效地对覆冰绝缘子污冰参量进行评估，为输电线路外绝缘的选择和设计提供了参考依据。

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目录

1 绪 论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

2 试验装置、试品及试验方法

2.1 引言

2.2 试验装置及试品

2.3 试验程序与方法

2.4 本章小结

3 绝缘子泄漏电流时频特性及特征量提取

3.1 引言

3.2 泄漏电流干扰去噪方法

3.3 玻璃绝缘子

3.4 复合绝缘子

3.5 覆冰绝缘子

3.6 本章小结

4 泄漏电流特征量影响因素分析

4.1引言

4.2污秽玻璃绝缘子

4.3污秽复合绝缘子

4.4 覆冰绝缘子

4.5 本章小结

5 绝缘子运行状态评估方法与模型

5.1 绝缘子运行状态定义

5.2 评估模型

5.3 污秽玻璃绝缘子运行状态评估方法

5.4 污秽复合绝缘子运行状态评估方法

5.5 覆冰绝缘子运行状态评估方法

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录